JP6807144B1 - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画面内を対象物が移動するような映像（動画）でも、遠近感や立体感を容易に得ることができる画像表示装置を簡易な構成で安価に提供する。
【解決手段】その内部に発光素子を有して、動画を含む任意の原画像を投影する変形自在の可撓性発光体１０と、曲率一定の複数のレンズが上下左右に同一ピッチで格子状に隣接配置され、原画像に対応した浮遊映像３０を空中に投影するパネル状の浮遊映像用レンズと２０を備え、可撓性発光体１０は、浮遊映像用レンズ２０から見て凸状の曲面形状に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、空間に画像を投影する画像表示装置に関し、特に、立体的な浮遊映像を投影する画像表示装置に関するものである。

従来、立体画像を表示するための様々な技術が提案されている。例えば、両眼視差を利用することにより、ディスプレイ等の画像表示面上の二次元画像を立体画像として表示する方式が広く知られている。しかし、この両眼視差を利用した立体画像表示方法では、観察者は、対象物体の立体画像を虚像として注視することになるため、画像表示面上に合わされるピント（焦点調節）と輻輳調節との間に不一致が生じ、観察者の視覚に多大な疲労をもたらすという問題があった。

そこで、本発明者は、空間上に疑似的な立体画像を表示して、焦点調節と輻輳調節とを一致させて視覚疲労の軽減を図る方式を提案している。具体的には、二次元画像の画像表示面の前方に所定の間隔を隔ててマイクロレンズアレイを配置し、当該マイクロレンズアレイの前方の空間上に、二次元画像を含んだ擬似立体画像（浮遊画像）を表示する技術を提案している（例えば、特許文献１参照）。

ここで、特許文献１には、物体像を含む二次元画像を表示する平面状の第１画像表示面を有する第１表示部と、第１画像表示面に平行に離間して配置され、複数のレンズからなりかつ物体像よりも広い有効面積を有するマイクロレンズアレイからなり、マイクロレンズアレイの第１表示部とは反対側に位置する空間に二次元画像の実像を表示する結像面を生成する画像伝達パネルと、結像面及びマイクロレンズアレイの間に配置されかつ二次元画像の実像の表示を促進する透明又は半透明な領域を有する背景画像を表示する第２表示部とからなる画像表示装置が開示されている。

特開２００３−１５６７１２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された先行技術では、二次元平面画像の立体感を引き出すために、比較対象となる実体物（三次元の立体造形物）を別途設置する必要があり、構成が複雑となって装置が大型化し、結果的にコストアップする、あるいは、装置の設置場所によっては比較対象物を配置し難いといった問題を生じていた。また特に、一画面内で特定対象物が移動する動画の場合には、当該特定対象物の遠近感や立体感が認識し難いといった問題が顕著に生じていた。

そこで、本発明は上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、画面内を対象物が移動するような映像（動画）でも、遠近感や立体感を容易に得ることができる画像表示装置を簡易な構成で安価に提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る画像表示装置は、その内部に発光素子を有して、動画を含む任意の原画像を投影する変形自在の可撓性発光体と、曲率一定の複数のレンズが上下左右に同一ピッチで格子状に隣接配置され、前記原画像に対応した浮遊映像を空中に投影するパネル状の浮遊映像用レンズとを備え、前記可撓性発光体は、前記浮遊映像用レンズから見て凸状の曲面形状に形成されていることを特徴とするものである。

このように構成した場合には、物理的な奥行き感を有する原画像を提示することにより、浮遊映像の立体感を個人差によらず安定して提供することができる。

また、前記可撓性発光体を変形させる駆動機構をさらに備え、前記可撓性発光体は、前記原画像に応じてその曲率が変更されてもよい。

このように構成した場合には、特定対象物の出現に応じて、平坦な画像から突然に突出する立体画像の投影が可能となり、より演出効果の高い浮遊映像を提供することができる。

さらに、前記可撓性発光体を移動させる移動機構をさらに備え、前記可撓性発光体は、前記原画像に応じて前記浮遊映像用レンズとの対向距離が移動変更されてもよい。

このように構成した場合には、特定対象物の出現に応じて、平坦な画像から徐々に突出する立体画像の投影が可能となり、より演出効果の高い浮遊映像を提供することができる。

さらにまた、前記可撓性発光体は、お椀状に形成されていてもよい。

このように構成した場合には、特定対象物がランダムに移動する動画像における遠近感を安定して得ることができる。

さらにまた、前記浮遊映像用レンズに対して、前記可撓性発光体を緩い凸状の湾曲形状に配置する平坦モードと、前記平坦モードに比し、前記可撓性発光体の曲率を増大させる突出モードとを備え、前記原画像に応じて、前記平坦モードと前記突出モードとを切り替えることができる。

このように構成した場合には、特定対象物の出現に応じて、平坦な画像から立体的な突出する疑似立体画像を提示することができ、より娯楽性、演出性を高めた立体画像を提供することができる。

以上において、前記可撓性発光体は、有機ＥＬディスプレイで形成されていてもよい。

このように構成した場合には、任意の方向に変形可能な可撓性発光体を容易に実現することができる。

本発明によれば、簡易な構成で任意の動画像の遠近感や立体感を容易に得ることができる。

本発明の画像表示装置の実施形態１に係る主要部材の配置構成を説明するための模式的斜視図である。 本発明に係るマイクロレンズアレイの構成を示す模式的断面図である。 実施形態１に係る可撓性発光体の変形動作を説明するための模式図である。 本発明に係る画像表示装置の一実施形態を用いたインタラクティブシステムの構成を示す模式的斜視図である。 変形例１に係る可撓性発光体の構成を示す模式図である。 変形例２に係る可撓性発光体の構成を示す模式図である。 本発明の画像表示装置の実施形態２に係る可撓性発光体の移動動作を説明するための模式図である。 実施形態２に係る画像表示装置の表示例を示す模式図である。

＜実施形態１＞
以下に、本発明の実施形態１に係る画像表示装置の構成について、図面を参照して説明する。ここで、図１は本実施の形態に係る画像表示装置の主要部材の配置構成を示す模式的斜視図、図２は本実施の形態に係るマイクロレンズアレイの構成を示す模式的断面図、図３は本実施の形態に係る可撓性発光体の変形動作を説明するための模式図である。

本実施の形態に係る画像表示装置１は、図１及び図２に模式的に示すように、その内部に発光素子（例えば、ＯＬＥＤ）を有して、動画を含む任意の原画像を形成（投影）する折り曲げ自在（変形自在）のフィルム状の可撓性発光体１０と、浮遊映像用レンズ（マイクロレンズアレイ）２０とが図示しない筐体の内部に収容されている。そして、可撓性発光体１０により形成された原画像が、浮遊映像用レンズ（マイクロレンズアレイ）２０を挟んで面対称となる空間上に、疑似立体画像（浮遊映像）３０として表示（投影）されるようになっている。図２に良く示されるように、本実施の形態では、可撓性発光体１０は、側面視凸状（マイクロレンズアレイ２０の側方から見て凸状）の断面逆Ｃ字状に湾曲形成されていると共に、前後方向（マイクロレンズアレイ２０と直交する方向）及び上下方向に変形可能に形成されている。。すなわち、可撓性発光体１０としては、後述するパネル状（平板状）の浮遊映像用レンズ２０からの対向距離が変化する（不均一である）ような曲面形状に形成されている。なお、可撓性発光体１０の詳細については後述する。

本実施の形態において、可撓性発光体１０としては、例えば、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）を発光素子として備える有機ＥＬディスプレイを用いることができる。

浮遊映像用レンズ２０は、同一構成からなる２枚のマイクロレンズアレイ２０ａ，２０ｂにより構成されている。図２に模式的に示すように、マイクロレンズアレイ２０は透光性の優れたガラスまたはアクリル板等の樹脂からなる透明基板２１ａ，２１ｂの両面に、同一の曲率半径を有する複数のマイクロ凸レンズ２３が同一間隔（ピッチ）にて格子状に隣接配置されており、各レンズアレイ２０ａ，２０ｂのマイクロ凸レンズ２３ａ，２３ｂは、その光軸２４が同軸となるように配設されている。

このような浮遊映像用レンズ２０によれば、当該浮遊映像用レンズ２０に対して、可撓性発光体１０と反対側（図１において左側）の面対称の位置（浮遊映像用レンズ２０から見て、可撓性発光体１０と反対側の対向距離Ｌ離れた位置）の空間結像面に可撓性発光体１０の原画像が浮遊映像３０として投影表示される。投影された画像は二次元画像であるが、当該画像が奥行き感（例えば、遠近、疎密、明暗、コントラスト等）を持つものである場合、空間上に浮いて表示され、ユーザーからはあたかも立体画像（疑似立体画像）が映し出されているように見える。

なお、可撓性発光体１０に表示された原画像（二次元画像）は、一方のマイクロレンズアレイ２１aを通過する際に一旦逆さに反転されるが、隣接する他方のマイクロレンズアレイ２１ｂを通過することで再び反転される。

このように浮遊映像用レンズ２０は、可撓性発光体１０に対して対向配置されると、可撓性発光体１０に表示された原画像（二次元画像）を空間上の結像面に擬似立体画像３０として投影表示する。

ここで、可撓性発光体１０が平板状であると平面画像全体が結像面に投影されるため、得られる立体感（遠近、疎密、明暗、コントラスト等の相対的・心理的な視認性奥行情報）が個人差により異なると共に、特に、比較対象物（特定対象物）ＤＯ間の遠近感が得られ難いことが分かった。これに対して、可撓性発光体１０とマイクロレンズアレイ２０との対向面の距離を異ならせる、例えば、パネル状のマイクロレンズアレイ２０に対して、対向距離（離隔距離）を物理的に（絶対的に）異ならしめる湾曲形状に可撓性発光体１０を配置形成した場合には、個人差によることなく任意のユーザーに対して浮遊映像３０の遠近感が安定して得られ、立体視が容易に可能となることが本発明者の研究により判明した。

そこで、本実施の形態に係る可撓性発光体１０は、次のように構成している。以下に、本実施の形態に係る可撓性発光体１０の詳細について説明する。

本実施の形態に係る可撓性発光体１０は、パネル（平面）状の浮遊映像用レンズ２０に対して、側面視で凸状の曲面形状に形成されていると共に、その曲面形状の曲率が変更可能なように構成されている。

具体的には、図３に模式的に示すように、本実施の形態に係る可撓性発光体１０（本例では、任意の方向に変形可能な有機ＥＬディスプレイ）は、その上下方向端部を矢印１０ａ,１０ｂの方向に押圧する図示しない駆動機構が設けられており、かかる駆動機構を上下方向に駆動することにより、可撓性発光体１０の曲率を変更して、マイクロレンズアレイ２０との対向距離を容易に変更可能としている。

より詳細には、図３（ａ）に示すように、例えば初期状態として、可撓性発光体１０をパネル状のマイクロレンズアレイ２０と略平行（マイクロレンズアレイ２０から見て若干凸形状となる緩い湾曲形状）に配置する(以下、平坦モードとも称する)。このように、可撓性発光体１０を予め所定の方向に湾曲した緩い曲面形状に配置しておくことにより、可撓性発光体の端部を１０ａ，１０ｂの方向に上下駆動するのみで、可撓性発光体１０とマイクロレンズアレイ２０との対向距離（離隔距離）を安定して増大（可撓性発光体１０の曲率を一定方向に安定して増大）させることができ、駆動機構の簡素化、小型化、コストダウンに寄与することができる。

次に、特定対象物ＤＯ（例えば、数字の７やマーク等）が可撓性発光体１０上に表示される場合（特定対象物ＤＯが可撓性発光体１０上に出現する場合）には、当該特定対象物ＤＯを可撓性発光体１０の中央部に一時停止させる共に、図３（ｂ）に模式的に示すように、簡易な駆動機構により、可撓性発光体１０の端部を上下方向１０ａ，１０ｂに駆動する（以下、突出モードとも称する）。すると、可撓性発光体１０の中央部がマイクロレンズアレイ２０から離れる方向に突出し、浮遊映像３０が平面状から立体的に浮き上がるように投影され、特定対象物ＤＯが突然飛び出るような演出効果を得ることができる。

このように、側面視で凸状の可撓性発光体１０を用いて、その曲率（マイクロレンズアレイ２０との対向距離）を変更することにより、特定対象物ＤＯ（例えば、スロットマシンの縦回転リールにおける数字の７や特定のマーク等）の出現に応じて、立体画像が突然に突出する（平面画像から立体画像が飛び出る）ような演出が可能となり、上下方向に縦回転リール状（円弧状）に移動する動画像の遠近感を際立たせることができ、演出性の高い立体画像を得ることができる。また、図３（ａ），（ｂ）に示したような、可撓性発光体１０の曲率変更動作を交互に繰り返すことにより、二次元的な背景画像と三次元的な疑似立体画像を容易に切り替えることが可能となる。なお、上記平坦モードと上記突出モードとは、投影される原画像に応じて、適宜任意にその切替タイミングを設定変更することができる。例えば、上記特定対象物ＤＯが所定の回数（例えば、５回）出現した時点で、特定対象物ＤＯを突出させるように切り替え設定してもよいし、特定のパターンが出現したときに、当該パターンを突出させるように切り替え設定しても良い。また、特定対象物ＤＯの可撓性発光体１０上の位置（例えば、端部、中央部、中間部等）に応じて、遠近感、立体感に差が生じるので、遠近感、立体感の臨場的な変化が得られ、浮遊映像３０全体の立体映像としての把握が容易に可能となる。

なお、突出する中央部に対して、上下方向両端部の映像のバランスを均等化するという観点からは、可撓性発光体１０は、中央部に対してその両端部が対称的な曲面形状であることが好ましい（上下対称となるように曲率変更することが好ましい）。

このような画像表示装置１を用いたインタラクティブシステムを図４に模式的に示す。図４において、インタラクティブシステム１００は、外部ＰＣ内に収容された映像コンテンツ（例えば、スロットマシンの回転リールの映像）が画像基板を介して、有機ＥＬディスプレイ１０に提示されると共に、浮遊映像３０にタッチする指を検知するセンサーＳＮを有し、例えば、浮遊映像３０を指がタッチすると回転リールを停止させたり、特定対象物ＤＯをタッチした場合には、当該画像を立体的に表示したりといったインタラクティブ操作を容易に実現することができる。なお、本実施の形態に係るインタラクティブシステム１００では、可撓性発光体１０を２分割して、それぞれ独立にその曲率を変更可能に構成することにより、段階的に表示を変化させてより演出効果の高い立体映像システムを構築している。また、可撓性発光体（有機ＥＬディスプレイ）１０の分割数は当然に任意に設定（例えば、回転リールの配列数と同数）することができる。
（変形例）

なお、上述した実施の形態では、可撓性発光体１０を側面視凸状（マイクロレンズアレイ２０の側方から見て凸状の断面逆Ｃ字状）に配置形成したが、特定対象物ＤＯが左右方向に横回転リール状（円弧状）に移動する動画像における遠近感を強調するという観点からは、図５に模式的に示すような、平面視凸状（マイクロレンズアレイ２０の上方から見て凸状の断面逆Ｃ字状）に配置形成した可撓性発光体１０Ａを用いることが好ましい（変形例１）。

また、特定対象物ＤＯがランダムに移動する動画像における遠近感を獲得するという観点からは、図６に模式的に示すような、カップ状（お椀状）の可撓性発光体１０Ｂを用いることが好ましい（変形例２）。なお、上記変形例１，２においては、簡略化のため、浮遊映像用レンズ２０を一枚のマイクロレンズアレイにて簡易的に表示している。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２に係る画像表示装置の構成について、図面を参照して説明する。ここで、図７は本実施の形態に係る可撓性発光体の移動動作を説明するための模式図であり、図８は本実施の形態に係る画像表示装置の表示例を示す模式図である。

本実施の形態に係る画像表示装置１Ａは、先の実施形態に係る画像表示装置１が原画像に応じて可撓性発光体１０，１０Ａ，１０Ｂの曲率を変更（中心部に対して上下対称となるように曲率変更）したのに比し、可撓性発光体１０を移動してマイクロレンズアレイ２０との対向距離を変更し、可撓性発光体１０Ｃを非対称に変形するものである。なお、簡略化のため、先の実施形態と同様な機能を有する部材には同様な符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図７に模式的に示すように、本実施の形態に係る画像表示装置１Ａは、可撓性発光体１０Ｃの上下両端部をそれぞれ前後方向（浮遊映像用レンズ２０に対して直交する奥行方向）に移動させる移動機構１０Ｍｕ，１０Ｍｄを備えている。本実施の形態において、可撓性発光体１０Ｃの上端部１０Ｃｕ及び下端部１０Ｃｄは、それぞれ対応する移動機構１０Ｍｕ，１０Ｍｄと連結ピン１０ｐにて回動可能に接続されている。

そして、可撓性発光体１０Ｃ上の特定対象物ＤＯの出現に応じて、上記移動機構を駆動して、可撓性発光体１０Ｃの端部をマイクロレンズアレイ２０から遠ざかる方向（奥行方向）に移動させる。例えば、マイクロレンズアレイ２０との対向距離が一端から他端に向かうに従い直線的に変化（増大又は減少）するように、可撓性発光体１０の端部を移動させる。

具体的には、先の実施の形態と同様に、図７（ａ）に示すように、例えば初期状態として、可撓性発光体１０をパネル状のマイクロレンズアレイ２０と略平行（マイクロレンズアレイ２０から見て若干凸形状となる緩い湾曲形状）に配置する（平坦モード）。

次に、特定対象物ＤＯ（例えば、自動車等）が可撓性発光体１０上を連続的に移動する場合には、図７（ｂ）に模式的に示すように、上記移動機構の一方（本例では、下部移動機構１０Ｍｄ）を駆動して、可撓性発光体１０Ｃの一端部（本例では、下端部１０Ｃｄ）をマイクロレンズアレイ２０から遠ざかる方向（奥行方向）に移動させる。すなわち、マイクロレンズアレイ２０との対向距離が上端部１０Ｃｕから下端部１０Ｃｄに向かって直線的に増大するように、可撓性発光体１０の下端部１０Ｃｄを奥行方向に移動させる（突出モード）。

このように構成した本実施の形態に係る画像表示装置１Ａでは、例えば、図８に模式的に示すような、一方向（本例では上下方向）に特定対象物ＤＯが直線的に移動する動画像において、特定対象物ＤＯが観察者に近づくに従って徐々に立体感が増大する（徐々に突出する）ような臨場感のある立体画像を得ることができる。

なお、原画像に応じて、各移動機構１０Ｍｕ，１０Ｍｄをそれぞれ駆動して、上下両端部１０Ｃｕ，１０Ｃｄを同時にそれぞれ移動させても勿論良い。

以上説明したように、本発明に係る画像表示装置１によれば、任意の動画像における特定対象物ＤＯの立体感を、個人差によることなく安定して得ることができる演出効果の高い疑似立体画像を容易に実現することができる。

また、特定対象物ＤＯを突然に突出させたり、徐々に突出させたり等、原画像に応じて演出効果の高い立体画像を提供することができる。

なお、本発明の技術的範囲は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨に逸脱しない範囲において多様な変更もしくは改良を加え得るものである。例えば、上述した実施の形態では、マイクロレンズアレイ２０を浮遊映像用レンズとして用いたが、空間上に原画像を投影可能であれば任意の方式の画像伝達パネルを用いることができる。また、各実施形態や変形例は、それぞれ単独で実施しても良いし、当然に適宜組み合わせて実施しても良い。

１，１Ａ 画像表示装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ,１０Ｃ 可撓性発光体
１０Ｃｕ 上端部
１０Ｃｄ 下端部
１０Ｍｕ 上部移動機構
１０Ｍｄ 下部移動機構
１０ｐ 連結ピン
２０ 浮遊映像用レンズ
３０ 疑似立体画像（浮遊映像）
１００ インタラクティブシステム
ＤＯ 特定対象物
ＳＮ センサー

Claims (5)

1. その内部に発光素子を有して、特定対象物が円弧状に移動する動画像を投影する変形自在の可撓性発光体と、
   曲率一定の複数のレンズが上下左右に同一ピッチで格子状に隣接配置され、前記動画像に対応した浮遊映像を空中に投影するパネル状の浮遊映像用レンズと
   を備え、
   初期状態において、前記可撓性発光体は、前記浮遊映像用レンズとの対向距離が、その両端部よりも中央部が大きい湾曲形状に形成されており、
   前記特定対象物は前記可撓性発光体の前記中央部に一時停止されると共に、前記可撓性発光体は、前記湾曲形状よりも、前記中央部と前記浮遊映像用レンズとの対向距離がさらに増大するように曲率が変更されることを特徴とする画像表示装置。
2. その内部に発光素子を有して、その一端部から他端部に向かって、特定対象物が一方向に移動する動画像を投影する変形自在の可撓性発光体と、
   曲率一定の複数のレンズが上下左右に同一ピッチで格子状に隣接配置され、前記動画像に対応した浮遊映像を空中に投影するパネル状の浮遊映像用レンズと
   を備え、
   前記特定対象物が前記一端部から前記他端部に向かうに従い、前記可撓性発光体は、前記他端部と前記浮遊映像用レンズとの対向距離が直線的に増大するように前記他端部が移動されることを特徴とする画像表示装置。
3. 前記可撓性発光体は、お椀状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
4. 前記浮遊映像用レンズに対して、前記可撓性発光体を緩い凸状の湾曲形状に配置する平坦モードと、
   前記平坦モードに比し、前記可撓性発光体の曲率を増大させる突出モードと
   を備え、
   前記動画像に応じて、前記平坦モードと前記突出モードとを切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
5. 前記可撓性発光体は、有機ＥＬディスプレイで形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の画像表示装置。
   

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